Sistemi e Tecnologie per l'automazione Sensori

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1 Laurea Specialistica in Ingegneria dei Sistemi e delle Tecnologie dell'informazione Sistemi e Tecnologie per l'automazione Sensori Prof. Alberto Tonielli DEIS - Università di Bologna Tel atonielli@deis.unibo.it Revisionato Revisionato il il 21/01/ /01/2004

2 Indice Schema generale di una catena di misura ed attuazione Trasduttori, sensori ed attuatori definizioni tipologie caratteristica di un trasduttore classificazione e principi fisici Sensori per grandezze meccaniche posizione/velocità, deformazione, forza, pressione di temperatura Termocoppia Termoresistenza di corrente sensore isolato ad effetto Hall di prossimità sensori ad uscita logica Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 2

3 Catena di misura ed attuazione Schema funzionale di un controllo digitale Sp + - A/D Calcolatore Attuatore G(z) D/A Ka G(S) Sensore Ks Processo guadagni, f.d.t. I blocchi sono descritti come Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 3

4 Catena di misura ed attuazione Schema tecnologico di un controllo digitale è evidenziata la struttura tecnologica del sistema molti anelli di controllo 1001 D A Attuatori 1001 D A H S 1 N Sensori Unità di controllo Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 4

5 Tipologie di grandezze da manipolare Trasformazioni sulle variabili all'interno dell'anello Y sp regolatore interfaccia D/A attuatore impianto Y interfaccia A/D sensore T T T grandezze digitali a tempo discontinuo a tempo discreto grandezze analogiche a tempo continuo classificazione grossolana Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 5

6 Tipologie di grandezze da manipolare Trasformazioni sulle variabili all'interno dell'anello Y sp regolatore interfaccia D/A attuatore impianto Y interfaccia A/D A/D sensore in memoria conversione in digitale campionamento T T T segnale digitale T T T segnale campionato segnale analogico Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 6 t

7 Tipologie di grandezze da manipolare Trasformazioni sulle variabili all'interno dell'anello Y sp interfaccia D/A regolatore D/A Hold Y attuatore impianto conversione in analogico interfaccia A/D Hold (tenuta) sensore T T T T T T segnale continuo quantizzato Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 7

8 Trasduttori, sensori ed attuatori Trasduttore (dal latino trasducere = condurre attraverso) dispositivo fisico progettato per trasformare grandezze appartenenti ad un sistema energetico in grandezze equivalenti appartenenti ad un diverso sistema energetico Esempio Temperatura Trasduttore Tensione Energia termica Energia elettrica Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 8

9 Trasduttori, sensori ed attuatori Esempi dall esperienza quotidiana Energia elettrica Energia luminosa Energia meccanica Energia acustica Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 9

10 Trasduttori, sensori ed attuatori Sensore Trasduttore specializzato per misurare le grandezze di interesse di un impianto Grandezza in ingresso energia nel dominio fisico di interesse Grandezza in uscita segnale nel dominio fisico dell unità di controllo tipici domini fisici delle unità di controllo elettrico, pneumatico, idraulico Immagine Segnale Sensore Unità di elaborazione Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 10

11 Esempi dall esperienza quotidiana Trasduttori, sensori ed attuatori Sensore Temperatura Indicazione Sensore Unità di elaborazione Peso Sensore Indicazione Unità di elaborazione Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 11

12 Trasduttori, sensori ed attuatori Attuatore Trasduttore specializzato per trasformare un segnale di comando in azione sul processo Funzione complementare a quella del sensore Grandezza in ingresso segnale nel dominio fisico dell unità di controllo Grandezza in uscita energia nel dominio fisico della grandezza di comando Segnale Energia meccanica Unità di elaborazione Attuatore Sono spesso realizzati per mezzo di più trasduttori Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 12

13 Trasduttori, sensori ed attuatori Attuatore Esempio dall esperienza quotidiana Energia elettrica Trasduttore 2 Energia meccanica Segnale meccanico Trasduttore 1 Attuatore composito Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 13

14 Caratterizzazione dei trasduttori Curva caratteristica ideale descrive graficamente la relazione ideale tra la grandezza di ingresso X [X min, X max ] la grandezza di uscita Y [Y min, Y max ] Ym Campo di uscita ideale 0 Campo di ingresso Xm Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 14

15 nonlinearità sistematica Caratterizzazione dei trasduttori Curva caratteristica reale intrinseca cioè ai principi realizzativi o alla costruzione si ripete in ogni esemplare Ym Campo di uscita reale ideale 0 Campo di ingresso Xm Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 15

16 non linearità casuale Ym Caratterizzazione dei trasduttori Curva caratteristica reale imprecisioni di lavorazione, derive temporali delle caratteristiche diversa in ogni esemplare questa non idealità è presente in ogni tipo di trasduttore Campo di uscita reale ideale 0 Campo di ingresso Xm Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 16

17 Caratterizzazione dei trasduttori Curva di migliore approssimazione (best fit) non linearità sistematica famiglia di caratteristiche reali insieme delle curve reali dei diversi esemplari di trasduttore Ym famiglia di curve reali Campo di uscita 0 reale ideale Campo di ingresso Xm migliore approssimazione (della caratteristica reale) Importante la non linearità sistematica si può compensare con opportuni algoritmi o circuiti il trasduttore è caratterizzato rispetto alla migliore approssimazione Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 17

18 Caratterizzazione dei trasduttori Curva di migliore approssimazione (best fit) non linearità casuale famiglia di caratteristiche reali insieme delle curve reali dei diversi esemplari di trasduttore Ym famiglia di curve reali Campo di uscita 0 reale ideale Campo di ingresso Xm retta di migliore approssimazione (della caratteristica reale) Importante la non linearità casuale non si può compensare il trasduttore è caratterizzato rispetto alla retta di migliore approssimazione Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 18

19 caratterizzazione di un trasduttore Parametri caratteristici di un trasduttore il costruttore fornisce alcuni parametri sintetici descrivono in modo standardizzato il massimo scostamento di alcune caratteristiche del trasduttore dal valore ideale la temperatura influisce sulle caratteristiche di tutti i trasduttori per questi parametri vanno quindi considerati il valore iniziale valore del peggior componente del lotto a temperatura ambiente talora si può compensare circuitalmente via software la variazione con la temperatura in un campo di temperature specificato dal costruttore in generale non si può compensare Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 19

20 Parametri caratteristici di un trasduttore errori che caratterizzano la retta che meglio approssima la caratteristica ideale errore di off-set valore di y per x = 0 errore di guadagno y = k 1 x; k 1 k Ym i valori iniziali si possono compensare circuitalmente via software le variazioni con la temperatura Campo di uscita K1 K non si compensano Errore di off-set 0 Campo di ingresso Xm Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 20

21 Parametri caratteristici di un trasduttore errore di non linearità casuale massimo scostamento della caratteristica del singolo componente rispetto alla retta di migliore approssimazione non si compensa Ym Campo di uscita Errore di non linearità casuale 0 Campo di ingresso Xm Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 21

22 Parametri caratteristici di un trasduttore curva di non linearità sistematica fornita dal costruttore mediante tabelle polinomi interpolanti il valore iniziale si può compensare circuitalmente via software rispetto alla curva errore di non linearità casuale Ym Campo di uscita non linearità sistematica Errore di non linearità casuale 0 Campo di ingresso Xm Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 22

23 Parametri caratteristici di un trasduttore Caratterizzazione di un trasduttore la curva caratteristica reale di solito non è fornita direttamente dal costruttore fornita indirettamente mediante alcuni errori tipici errore di linearità (nonlinearity) massima deviazione dell'uscita ( Y) dalla retta che meglio approssima la caratteristica reale. la non-linearità è di solito espressa in percentuale del campo di uscita (non-linearità relativa), come (100 Y /(Y M -Y m ) ); errore di fuori zero (offset) valore dell'uscita con ingresso nullo (Y 0 ); errore di guadagno (gain error) differenza di pendenza tra la caratteristica ideale e la retta che meglio l'approssima di solito espresso in percentuale (100*(K 1 -K)/ K) Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 23

24 Parametri caratteristici di un trasduttore Caratterizzazione di un trasduttore Errore di quantizzazione (resolution) massima variazione dell'ingresso che non da luogo a nessuna variazione dell'uscita; Errore di isteresi (hysteresis) massima differenza in uscita, a parità di ingresso, tra la misura ottenuta in aumento e quella ottenuta in diminuzione, durante due passate sull'intero campo di misura dell'ingresso. Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 24

25 Parametri caratteristici di un trasduttore Caratterizzazione di un trasduttore Per ogni parametro il costruttore fornisce : valore tipico, minimo e massimo, corrispondenti all'utilizzo in condizioni nominali di temperatura (ad.es 25 C), di tensione di alimentazione, ecc. coefficiente di variazione dei diversi parametri (di rado le curve di variazione), in funzione delle condizioni di uso ed in particolare della temperatura, della tensione di alimentazione (laddove occorra), del tempo Spesso, soprattutto per componenti di buona qualità, i valori dei parametri tipici e soprattutto delle loro variazioni con la temperatura risulterebbero troppo piccoli se espressi in % del fondo scala Si ricorre pertanto all'altra unità di misura ppm (parti per milione) che corrisponde ad una moltiplicazione del dato in % per un fattore 10 4 Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 25

26 Parametri caratteristici di un trasduttore Esempio: (amplificatore) uso di unità di misura diverse errore di guadagno gain error max = ±0.2% gain error max = ± 2000ppm coefficiente di temperatura dell'errore di guadagno gain error/ T = %/ C gain error/ T = 15 ppm/ C valori a temperatura ambiente convenzionalmente T a = 25 C tensione di offset Voffset max = 250 µv coefficiente di temperatura della tensione di offset ( Voffset/ T) = 3µV/ C ipotizzando una variazione di temperatura di 50 C Voffset max = (250µV + 3µV/C x50c ) = 400µV nominale variazione con T Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 26

27 Accuratezza (accuracy) Caratteristiche di qualità di un trasduttore Definizioni di qualità conformità dei valori misurati ad un determinato standard di riferimento (ad. es caratteristica ideale); Precisione (repeatability) capacità di riprodurre in uscita valori simili tra loro, ad ingresso costante, in un esperimento di molte misure consecutive; Stabilità (stability, reproducibility) capacità di mantenere inalterate nel tempo le proprie caratteristiche Risoluzione (Resolution) minima variazione dell'ingresso rilevabile sull'uscita Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 27

28 Caratteristiche di qualità di un trasduttore Alcune definizioni esprimono concetti simili precisione e stabilità La precisione si riferisce ad una successione di prove ripetute a breve distanza di tempo la stabilità si riferisce a prove ripetute nel lungo periodo accuratezza e linearità l'accuratezza si riferisce alle caratteristiche del dispositivo confrontate con il valore di un dispositivo ideale la linearità si riferisce agli scostamenti rispetto alla retta che meglio approssima la sua caratteristica reale tale retta potrebbe discostarsi anche parecchio dalla caratteristica ideale Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 28

29 Caratteristiche di qualità di un trasduttore Alcune definizioni esprimono concetti simili Precisione e accuratezza poco preciso e poco accurato molto preciso e poco accurato molto preciso e molto accurato Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 29

30 Caratteristica dinamica di un trasduttore Rappresenta il comportamento dinamico (frequenziale) del trasduttore tipicamente i trasduttori per automazione hanno caratteristiche passa basso elementi caratterizzanti: frequenza di taglio e tipo di sfasamento e necessario tener conto di non linearità (tipicamente saturazioni) che limitano la risposta frequenziale per grandi segnali elementi caratterizzanti: Slew Rate spesso i dati relativi al comportamento in frequenza dei trasduttori sono lacunosi Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 30

31 Caratteristica dinamica di un trasduttore Attenzione Ovviamente il comportamento complessivo di un sistema di trasduzione dipende anche da tutti gli elementi che si trovano a monte e a valle del trasduttore usato Anche questi componenti sono caratterizzabili in termini di comportamento statico e dinamico come visto nel caso dei trasduttori Esempio: Componenti elettronici per l acquisizione di una misura da sensore Op-Amp, IA... Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 31

32 Sensori: classificazione Sensori ad uscita continua tutta l informazione viene acquisita eventualmente con errore Sensori ad uscita logica solo una parte dell informazione viene acquisita Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 32

33 Sensori: classificazione Sensori autoeccitanti non richiedono sorgenti ulteriori di energia Sensori modulanti richiedono una sorgente di energia aggiuntiva La grandezza da misurare modula un campo generato esternamente Tx Rx Campo luminoso Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 33

34 Sensori: alcuni principi fisici utili Effetto fotoelettrico/fotovoltaico trasformazione dei fotoni in cariche elettriche materiali utilizzabili semiconduttori Luce Variazione di conduttività La configurazione interna al silicio e la polarizzazione del circuito determinano l effetto utile esterno (tensione, corrente) Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 34

35 Sensori: alcuni principi fisici utili Effetto termoelettrico (Seebeck) differenza di potenziale generata dalla temperatura materiali utilizzabili coppia di metalli diversi saldati ad un estremo giunzione calda T2 giunzione fredda V = f(t2-t1) T1 non lineare Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 35

36 Sensori: alcuni principi fisici utili Effetto termoresistivo variazione della resistività di un materiale causata dalla variazione della temperatura materiali utilizzabili metalli, ossidi metallici, semiconduttori T R = f(t) spesso lineare Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 36

37 Sensori: alcuni principi fisici utili Effetto piezoresistivo variazione della resistività di un materiale causata dalla deformazione materiali utilizzabili metalli, semiconduttori R = f(d) deformazione abbastanza lineare Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 37

38 Sensori: alcuni principi fisici utili Effetto Hall generazione di una tensione per l azione congiunta di un campo magnetico ed una corrente materiali utilizzabili metalli, semiconduttori H Iref Iref Vout = K (H x I) Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 38

39 Potenziometro Sensori per grandezze meccaniche Posizione Trasformatore Differenziale Lineare - LVDT Resolver Encoder Resolver Encoder Dinamo tachimetrica Estensimetro Velocità Deformazione Forza e Pressione Estensimetri su strutture meccaniche Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 39

40 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Potenziometro Grandezza misurata (ingresso) rotazione o spostamento lineare Grandezza di uscita tensione Tipo di sensore modulante deposito resistivo Sensore modulante rotativi lineari Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 40

41 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Caratteristiche essenziali Risoluzione: > 0.1% Linearità: >0.1% Resistenza: 1K 100K Ω Numero di giri: 1 10 Potenziometro Problemi di interfacciamento tensione di riferimento corrente nel sensore autoriscaldamento impedenza di uscita bassa e variabile interfacciamento disturbi elettromagnetici deposito resistivo Sensore modulante Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 41

42 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Trasformatore Differenziale Lineare Linear Variable Differential Transformer (LVDT) Grandezza misurata (ingresso) spostamento Grandezza di uscita segnale analogico modulato Tipo di sensore modulante campo magnetico sensore coppia di avvolgimenti Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 42

43 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Trasformatore Differenziale Lineare - LVDT X>0 X<0 S1 S2 V1 V2 Vout = (V2 -V1) Vin=Vm sin ωt sensore modulante = Vm(X) sin (ωt+ ϕ) ϕ = 0 se X>0 ϕ = π se X<0 Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 43

44 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Trasformatore Differenziale Lineare - LVDT Caratteristiche essenziali Risoluzione: 2 20µm (lineare) Sensibilità: mV out /(mmv in ) Linearità: % Campo di misura: 1 10 cm Frequenza di eccitazione: 1 50 Khz Problemi di interfacciamento demodulazione dell uscita stabilità del generatore di riferimento Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 44

45 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Resolver Sensore di velocità/posizione Grandezza misurata (ingresso) rotazione Grandezza di uscita segnale analogico modulato Tipo di sensore modulante campo magnetico sensore coppia di avvolgimenti Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 45

46 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Resolver Principio di funzionamento Generatore flusso V V ωt gen = sin m Φ gen = ki flusso ϑ concatenato Sensore In un Resolver reale il campo è generato da due avvolgimenti e vi sono due sensori V sens = dφ dt c V sens 0 se Φc varia Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 46

47 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Schema di massima di Resolver con 2 poli Generatori V4 V3 V2 V1 Rivelatori Generatori di riferim. V3=Vmsenωt V4=Vmsenωt Sensori V1=V3cosϑ + V4senϑ V2=V4cosϑ - V3senϑ se V3=0 V1=Vmsenϑsenωt V2=Vmcosϑsenωt Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 47

48 Segnale di uscita Sensori per grandezze meccaniche - posizione Resolver tensione alternata modulata in ampiezza dalla posizione occorre demodulare ricavare ϑ da senϑ e cosϑ Due segnali modulati in quadratura possibilità di ricostruire la posizione su tutti i 360 semplificazione dell inversione delle funzioni trigonometriche Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 48

49 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Resolver Realizzazione schematica di un Resolver per misura di posizione primario rotante Vs1 secondari fissi assi magnetici in quadratura 3 avvolgimenti: 1 sola eccitazione 2 uscite Vr Vs2 Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 49

50 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Resolver Caratteristiche tecniche essenziali linearità: % risoluzione: sensibilità: 5 10mV/ (Vref=20V) Frequenza tensione di riferimento: 1 20Khz Per l acquisizione e la conversione digitale convertitore speciale Resolver to digital Converter (RTD) Realizzazioni con 2P poli maggiore risoluzione misura assoluta su 1/P di giro Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 50

51 Pregi Sensori per grandezze meccaniche - posizione Resolver sensore assoluto nel giro (elettrico se realizzato con più coppie polari) costo contenuto rispetto ad altri sensori (Encoder) idoneo al funzionamento in ambienti ostili Difetti all interno di motori richiede una tensione di riferimento sinusoidale uscita funzione non lineare della posizione errori dinamici la rotazione genera tensioni di uscita spurie che possono degradare la qualità della misura Sensore di posizione/velocità standard negli azionamenti per motori sincroni (Brushless) non per applicazioni ad elevatissima dinamica Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 51

52 Errori dinamici Sensori per grandezze meccaniche - posizione Resolver Misura di posizione in movimento la rotazione genera tensioni di uscita spurie che possono degradare la qualità della misura Ipotesi rotazione a velocità costante α rotore e statore puramente induttivi ϑ() t = ϑ + αt 0 Tensione di eccitazione Flusso di eccitazione Vr = Vmsin ωt 1 ϕr = Vdt r = Vmcosωt ω Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 52

53 Errori Dinamici Sensori per grandezze meccaniche - posizione Resolver flussi concatenati di statore K ϕcs 1= V m cosω t cos( ϑ0+ α t ) ω K ϕcs2 = V m cosω t sin( ϑ0+ α t ) ω Tensione di eccitazione Flusso di eccitazione V = V sin ωt ϕ r r m 1 = V ω m cosωt Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 53

54 Errori Dinamici flussi concatenati di statore tensione di statore tensione di statore Sensori per grandezze meccaniche - posizione Resolver K ϕcs 1= V m cosω t cos( ϑ0+ α t ) ω K ϕcs2 = V m cosω t sin( ϑ0+ α t ) ω dϕcs 1 Vs1= = KVmsin ωtcos( ϑ0+ αt) + dt α + Vm cosωtsin( ϑ0 + αt) ω dϕcs2 Vs2 = = KVmsin ωtsin( ϑ0+ αt) + dt α Vm cosωtcos( ϑ0 + αt) ω Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 54

55 Errori Dinamici flussi concatenati di statore Sensori per grandezze meccaniche - posizione Resolver K ϕcs 1= V m cosω t cos( ϑ0+ α t ) ω K ϕcs2 = V m cosω t sin( ϑ0+ α t ) ω tensione di statore dϕcs1 Vs1= = KVmsin ωtcos( ϑ0+ αt) + dt errore dinamico α + Vm cosωtsin( ϑ0 + αt) ω tensione di statore dϕcs2 Vs2 = = KVmsin ωtsin( ϑ0+ αt) + dt errore dinamico α Vm cosωtcos( ϑ0 + αt) ω Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 55

56 Errori Dinamici Sensori per grandezze meccaniche - posizione Resolver Per ridurre gli effetti degli errori dinamici frequenza eccitazione maggiore per velocità di rotazione elevate demodulazione sensibile alla fase della portante tensione 1 statore errore dinamico dϕcs 1 Vs 1= = KVmsin ωtcos( ϑ0+ αt) + dt velocità di rotazione α + Vm cosωtsin( ϑ0 + αt) ω tensione 2 statore errore dinamico dϕcs2 Vs2 = = KVmsin ωtsin( ϑ0+ αt) + dt α Vm cosωtcos( ϑ0 + αt) ω Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 56

57 Errori Dinamici Sensori per grandezze meccaniche - posizione Resolver Per ridurre gli effetti degli errori dinamici frequenza eccitaz. maggiore per vel. rotaz. elevate demodulazione sensibile alla fase della portante demodulazione del valore di cresta demodulazione a valor medio sul semiperiodo segnale utile segnale spurio Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 57

58 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder Sensore di velocità/posizione Grandezza misurata (ingresso) rotazione o spostamento rettilineo Grandezza di uscita segnale logico encoder incrementale, numero binario encoder assoluto numero binario + coppia di segnali analogici seno/coseno encoder seno/coseno, riga ottica Tipo di sensore modulante campo luminoso sensore effetto fotoelettrico Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 58

59 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder Principio di funzionamento Lampada Interferente Campo Collimatore Fotosensore Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 59

60 Grandezza di uscita Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder rotativo incrementale sequenza di impulsi misura di rotazione incrementale 3 codificatore a 1 bit + zero Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 60

61 costo contenuto Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder rotativo incrementale Pregi incremento di costo limitato con la risoluzione standard fino 5000 impulsi/giro sensore incrementale Difetti elettronica esterna di conteggio e discriminazione del verso di rotazione necessita di azzeramento (sensore incrementale) perde l informazione di posizione in assenza di alimentazione Sensore di posiz./velocità standard industriale negli azionamenti per motori asincroni Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 61

62 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder incrementali Segnali di uscita 2 segnali in quadratura + 1 segnale di zero A+B servono per discriminare il verso di rotazione A B 0 1/4P passo P Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 62

63 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder incrementali Discriminazione del verso di rotazione rotazione oraria: A precede B A B 0 A B 0 fotoelementi Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 63

64 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder incrementali Discriminazione del verso di rotazione rotazione oraria: A precede B A B 0 A B 0 fotoelementi Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 64

65 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder incrementali Discriminazione del verso di rotazione rotazione oraria: A precede B A B 0 A B 0 fotoelementi Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 65

66 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder incrementali Discriminazione del verso di rotazione rotazione oraria: A precede B A B 0 A B 0 fotoelementi Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 66

67 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder incrementali Discriminazione del verso di rotazione rotazione oraria: A precede B A B 0 A B 0 fotoelementi Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 67

68 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder incrementali Discriminazione del verso di rotazione sul fronte di salita di A il segnale B è sempre 0 A B 0 A B 0 passo P fotoelementi Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 68

69 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder incrementali Discriminazione del verso di rotazione rotazione antioraria: A segue B A B 0 A B 0 fotoelementi Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 69

70 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder incrementali Discriminazione del verso di rotazione rotazione antioraria: A segue B A B 0 A B 0 fotoelementi Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 70

71 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder incrementali Discriminazione del verso di rotazione rotazione antioraria: A segue B A B 0 A B 0 fotoelementi Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 71

72 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder incrementali Discriminazione del verso di rotazione rotazione antioraria: A segue B A B 0 A B 0 fotoelementi Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 72

73 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder incrementali Discriminazione del verso di rotazione rotazione antioraria: A segue B A B 0 A B 0 fotoelementi Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 73

74 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder incrementali Discriminazione del verso di rotazione sul fronte di salita di A il segnale B è sempre 1 A B 0 A B 0 fotoelementi Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 74

75 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder incrementali Moltiplicazione degli impulsi A B x2 Attenzione aumenta la risoluzione (x2 o x4) non aumenta altrettanto la precisione x4 Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 75

76 Grandezza di uscita Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder rotativo assoluto valore digitale ad n bit misura di posizione assoluta in un giro Disco interferente codificato 4 bit 4 bit codifica binaria nel passaggio di configurazione cambiano più bit contemporaneamente pericolo di configurazioni spurie nel passaggio Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 76

77 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder rotativo assoluto Pregi uscita direttamente utilizzabile dalla unità di elaborazione non necessita di azzeramento (sensore assoluto) mantiene l informazione di posizione anche in assenza di alimentazione costo elevato Difetti costo crescente con la risoluzione il numero di bit utilizzati per la codifica (<12/14) si utilizza una codifica Grey tra configurazioni adiacenti varia un solo bit sensore assoluto nel giro elettronica esterna se utilizzato su più giri Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 77

78 Grandezza di uscita Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder seno/coseno valore digitale ad n bit + coppia di segnali analogici sin/cos misura di posizione assoluta in un giro il disco interferente è costituito in modo da ottenere internamente un encoder assoluto a bit esternamente un encoder incrementale con profilo delle maschere e dispositivi ottici lineari rilevano la quantità di luce in codice Grey Out Grey Out analog1 Out analog Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 78

79 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder seno/coseno Pregi elevatissima risoluzione > 10-6 rad lettura diretta del dato binario + acquisizione tramite convertitore analogico/digitale a 10/12 bit delle uscite analogiche combinazione delle due informazioni sensore assoluto nel giro costo elevato Difetti necessita di sofisticata elettronica di acquisizione indispensabile negli azionamenti per motori sincroni (Brushless) ad elevatissima dinamica macchine automatiche, robotica Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 79

80 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Riga ottica lineare Sensore per spostamenti lineari realizzato come l Encoder incrementale (spesso del tipo seno/coseno) ma con geometria meccanica lineare e senza la parte assoluta barra rettilinea al posto del disco stesse caratteristiche Caratteristiche standard lunghezza anche maggiore di 1 metro precisione dell ordine di qualche µm A B 0 fotoelementi Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 80

81 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder Elettronica di interfacciamento optoaccoppiatori (isolamento galvanico) attenzione alle diverse tipologie d uscita per gli encoder porte npn/pnp tipicamente TTL compatibili transistor npn/pnp open collector tensione d uscita diversa dall alimentazione encoder coppia di transistor push-pull maggiore velocità (resistenza d uscita) line driver digitale trasmissione differenziale: immunità ai disturbi di modo comune line driver analogico trasmissione differenziale per seno/coseno Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 81

82 Sensori per grandezze meccaniche - posizione Encoder problemi dell'elettronica di interfacciamento limitazioni di banda del trasmettitore a bordo encoder massima frequenza riproducibile dall elettronica di trasmissione la frequenza elettrica di uscita (impulsi al secondo) è proporzionale a (numero di impulsi giro)*(numero di giri al secondo) lunghe connessioni: problemi di riflessione adattamento di impedenza corrente per l accensione degli optoaccoppiatori problemi dell'elettronica di acquisizione conteggio e discriminazione del verso di rotazione le commutazioni sull'uscita sono asincrone rispetto al clock dei contatori Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 82

83 Grandezza misurata deformazione Grandezza in uscita resistenza Tipo di sensore autoeccitante piezoresisitivo Per la misura Sensori per grandezze meccaniche - deformazione Estensimetro circuito per la trasformazione in una tensione Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 83

84 Sensori per grandezze meccaniche - deformazione Estensimetro Strain ε= L/L = deformazione relativa ε adimensionale Estensimetro (in inglese strain-gage) a film metallico più comune 10mm a semiconduttore per applicazioni integrate 0.5mm piezoresistenza Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 84

85 Sensori per grandezze meccaniche - deformazione Estensimetro Trasformazione in tensione della variazione di resistenza misura tramite ponte di Wheatstone 1 estensimetro deformato partitori di tensione Vref R R Vout R R ± R V out R+ R R = Vref 2R+ R 2R R = V R V ref R R ref 1 4 R R ponte intero di Wheatstone se R R << 1 Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 85

86 Sensori per grandezze meccaniche - deformazione Estensimetro Trasformazione della variazione di resistenza in tensione misura tramite ponte di Wheatstone 4 estensimetri deformati R+ R Vref 1 R- R 2 3 Vout 4 R R R+ R ponte intero di Wheatstone V out = V = V ref ref R + R 2R R R relazione lineare R R 2R Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 86

87 Sensori per grandezze meccaniche - deformazione Estensimetro Gage factor fattore caratteristico di ogni estensimetro R R GF= R = R = V L ε V L Vout 1 ε = = V GF KV ref out out ref 1 ε strain se ho 4 estensimetri identici deformati misura raziometrica Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 87

88 Sensori per grandezze meccaniche - deformazione Estensimetro Caratteristiche tecniche essenziali parametro film metallico semiconduttore GF 2 ±1% 100 ±3% R nom (Ω) molti valori R/ T(p.p.m / C) linearità dipende dall allestimento meccanico E possibile adattare R/ T al tipo di materiale di supporto per compensare le deformazioni apparenti dovute agli effetti termici combinati Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 88

89 Sensori per grandezze meccaniche - forza Forza Estensimetri incollati su una struttura metallica che si deforma con l applicazione della forza F deformazione assiale F deformazione flessionale Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 89

90 Sensori per grandezze meccaniche - forza Forza Caratteristiche tecniche essenziali sull uscita del ponte estensimetrico sensitività: 2mV/V a 1000µε uscita: 20µV/µε nonlinearità: < 0.5% I valori in forza e la linearità dipendono dal materiale di supporto Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 90

91 Sensori per grandezze meccaniche - pressione Pressione Sensore integrato a semiconduttore membrana silicio piezoresistivo acciaio P Ref Amp circuiti elettronici di condizionamento sul sensore Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 91

92 Sensori per grandezze meccaniche - pressione Pressione Caratteristiche tecniche essenziali all uscita del circuito elettronico di compensazione sensitività: <1% off-set: <1% nonlinearità: < 0.5% derive termiche: <0.5% errore totale: <1.5% Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 92

93 Grandezza misurata differenza di temperatura Grandezza in uscita tensione Tipo di sensore autoeccitante termoelettrico non linearità sistematica Sensori di Temperatura Termocoppia compensazione con tabelle o polinomi interpolanti Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 93

94 Effetto Seebeck Coppie metalliche standard Sensori di Temperatura Termocoppia J K E T R ferro/costantana Ni-Cr/Ni-Al cromel/alumel cromel/costantana rame/costantana platino/pt-rodio giunz. calda giunzione fredda T2 T1 V = f(t2-t1) non lineare Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 94

95 Caratteristiche tecniche principali Sensori di Temperatura Termocoppia J K E T R T min C T max C V max mv Errore C le Vmax sono riportate ipotizzando la giunzione di riferimento a 0 C Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 95

96 Sensori di Temperatura Termocoppia Principali forme costruttive Giunzione esposta Giunzione protetta isolata Giunzione protetta a massa Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 96

97 Pregi autoeccitante costo contenuto idoneo al funzionamento in ambienti ostili Sensori di Temperatura Termocoppia idoneo a misurare temperature molto elevate Difetti uscita non lineare con Temperatura tabella o polinomio interpolante forniti per giunto freddo a 0 C richiede la compensazione del giunto freddo segnali molto bassi Sensore di temperatura standard nelle applicazioni ad altissima temperatura basso costo, anche domestiche Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 97

98 Problemi di interfacciamento giunzioni parassite dovute ai collegamenti Sensori di Temperatura Termocoppia Cu Fe Fe Forno Vm V2 V3 Tamb collegamento V1 T1 Cu Costantana Costantana V m = V + 1 V2 V3 Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 98

99 Regola empirica Sensori di Temperatura Termocoppia Cu Fe C Cu C T T Cu Fe Fe Forno Vm V2 V3 Tamb collegamento V1 T1 Cu Costantana Costantana V m = V + 1 V2 V3 Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 99

100 Sensori di Temperatura Termocoppia Regola empirica del "metallo intermedio" Cu Fe C Cu C T T Cu Fe Fe Forno Vm V2 V3* Tref V4 collegamento V1 T1 Cu Fe C Costantana V m = V * 1 V2 + V3 V4 Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 100

101 Sensori di Temperatura Termocoppia V = V V + V V m * = V V 1 4 V4 tensione generata da una termocoppia del tipo di quella di misura a temperatura Tref Cu Fe Fe Forno Vm V2 V3* T ref V4 collegamento V1 T1 Cu Fe C Costantana se barriera isoterma V2 = V3* Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 101

102 V = V V m 1 V = V + V 1 m ref ref V m V 1 V ref Termocoppia Sensori di Temperatura tensione effettivamente misurata tensione ideale fornita dalla termocoppia tensione generata da una termocoppia del tipo di quella di misura a temperatura T ref Fe Fe Forno Vm T ref V 4 = V ref collegamento V1 T1 Fe C Costantana La nonlinearità della termocoppia è descritta con tabelle o polinomi nell'ipotesi che la giunzione fredda sia a 0 C. Se la barriera isoterma è a temperatura 0 C la tensione letta dallo strumento di misura è diversa da quella che leggeremmo se la barriera fosse a 0 C occorre effettuare la "compensazione del giunto freddo" Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 102

103 Schema di collegamento Sensori di Temperatura Termocoppia Scheda di acquisizione Cavo speciale di collegamento Fe sensore di Tref Tref Terminazione isoterma V1 Costantana Forno materiali a basso effetto Seebek con quelli della Termocoppia di misura T1 Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 103

104 Sensori di Temperatura Termocoppia Algoritmo di compensazione giunto freddo si misura T ref con un sensore a semiconduttore si converte la T ref in una tensione equivalente V ref mediante la tabella (o polinomio) della termocoppia di misura se T ref < 0 C allora V ref < 0 alla tensione misurata V m si somma algebricamente V ref ricavata dalla tabella per trovare la tensione equivalente V 1 della termocoppia di misura con giunzione fredda a 0 C si converte la tensione V 1 nella corrispondente temperatura mediante la tabella (o il polinomio) misura di temperatura (alta) ottenuta mediante un altra misura di temperatura (bassa) più semplice perché a valori prossimi a T amb Attenzione: la precisione complessiva della misura è legata anche alla precisione della misura di Tref Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 104

105 Grandezza misurata temperatura Grandezza in uscita variazione di resistenza Tipo di sensore modulante termoresistivo Sensori di Temperatura Termoresistenza Richiede un circuito per la trasformazione della resistenza in tensione Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 105

106 Denominazione tecnica Sensori di Temperatura Termoresistenza RTD Resistance Temperature Detector Realizzazione tecnologica materiale di supporto ceramica -200 < T < 750 C vetro -200 < T < 500 C materiale termoresisitivo platino α = Ω/Ω/ C a filo avvolto film spesso film sottile realizzazione standard più veloce piccolo, rapidissimo Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 106

107 Caratteristiche tecniche principali Sensori di Temperatura Termoresistenza filo film spe. film sot. R 0 ºC Ω Off-set % nonlin % τ (aria) s size l x Φ mm 25x5 25x1.5 10x1 Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 107

108 Pregi Sensori di Temperatura Termoresistenza idoneo al funzionamento in ambienti ostili molto lineare dimensioni anche molto ridotte elevata velocità di risposta costo contenuto Difetti richiede circuito di alimentazione temperature massima più bassa di quella misurabile con una termocoppia Sensore di temperatura standard nelle applicazioni a temperatura intermedia elevata accuratezza Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 108

109 Dispositivo standard Pt 100 Termoresistenza al Platino valore nominale 100 Ω a 0 C Sensori di Temperatura Termoresistenza coefficiente di Temperatura: (Ω/Ω/ C) poiché R nom = 100 Ω si ha una variazione di 0.392Ω per ogni C campo di applicazione: C ottima linearità Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 109

110 Circuito di eccitazione metodo volt/ampermetrico Sensori di Temperatura Termoresistenza 4 fili per una migliore accuratezza soluzione generale I=0 Iref Vm Pt100 I=0 Nel forno Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 110

111 Circuito di eccitazione ponte di Wheatstone Sensori di Temperatura Termoresistenza 3 fili per una migliore accuratezza solo per piccole variazioni di temperatura I 0 Vref R 1 R parassite dei collegamenti I 0 4 R+ R 2 3 R R Vm I=0 Nel forno Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 111

112 Sensori di Temperatura Tabella comparativa Termocoppie RTD Termistori Sensori a c.i. V R R V I Pro autoeccitante semplice robusto poco costoso T molto stabile molto accurato molto lineare T T T molto sensibile veloce misura a 2 fili molto lineare output elevato poco costoso Con tro non lineare bassa Vout temp. di riferim. bassa sensitività costoso rifer. di corrente bassa resist. autoriscaldante non lineare range limitato rifer. di corrente autoriscaldante T<200 C serve aliment. lento autoriscaldante Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 112

113 Sensore di corrente isolato ad Effetto-Hall Grandezza misurata corrente Grandezza in uscita 2 realizzazioni tensione isolata corrente di minore intensità ed isolata Tipo di sensore modulante effetto Hall Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 113

114 Campo di misura A Linearità migliore dell 1% Isolamento >1500V Risposta in frequenza >100Khz Costo contenuto Sensore di corrente isolato ad Effetto-Hall Caratteristiche essenziali Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 114

115 Sensore di corrente isolato ad Effetto-Hall Pregi idoneo alla misura su Inverter di potenza molto lineare dimensioni anche molto ridotte elevata velocità di risposta costo contenuto Difetti richiede circuito di alimentazione Sensore di corrente standard nella misura di correnti > 5A elevata accuratezza Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 115

116 Sensore di corrente isolato ad Effetto-Hall Realizzazione in catena aperta Im Iref Vout Vout = (K*Iref)*Im Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 116

117 Sensore di corrente isolato ad Effetto-Hall Realizzazione in retroazione n2 I2 Iref I1 n1 V + - G Iout = n1/n2 I1 Vout= RIout R Vout n 1 = numero di avvolgimenti del cavo di misura. Di solito 1 n 2 = numero di spire del secondario. Di solito 1000/2000 Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 117

118 Sensori di prossimità Sensori ad uscita logica per la misura della presenza di persone o cose sensori modulanti campo magnetico campo luminoso campo acustico Generatore di campo Sensore Amplificatore Rivelatore di soglia Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 118

119 Contatto Reed Magnetici materiale paramagnetico a bassa riluttanza lega Ferro/Nickel Sensori di prossimità ampolla sotto vuoto Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 119

120 Contatto Reed Magnetici materiale paramagnetico a bassa riluttanza lega Ferro/Nickel Sensori di prossimità ampolla sotto vuoto indotti S S N N N S Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 120

121 Effetto Hall Magnetici Sensori di prossimità azione combinata di magnete (campo) e sensore Hall Diverse configurazioni G out Dist. Dist. N S Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 121

122 Effetto Hall Magnetici Sensori di prossimità azione combinata di magnete (campo) e sensore Hall Diverse configurazioni G out Dist. Dist. N S Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 122

123 Effetto Hall Magnetici Sensori di prossimità azione combinata di magnete (campo) e sensore Hall Diverse configurazioni G out N Dist. S Dist. Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 123

124 Effetto Hall Magnetici Sensori di prossimità azione combinata di magnete (campo) e sensore Hall Diverse configurazioni G out Dist. Dist. N S Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 124

125 Effetto Hall Magnetici Sensori di prossimità azione combinata di magnete (campo) e sensore Hall Diverse configurazioni G out Dist. Dist. N S Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 125

126 Effetto Hall Magnetici Sensori di prossimità azione combinata di magnete (campo) e sensore Hall Uscita lineare G Dist. S N Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 126

127 Effetto Hall Magnetici Sensori di prossimità azione combinata di magnete (campo) e sensore Hall Uscita lineare G G Dist. Dist. S N S N Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 127

128 Effetto Hall Magnetici Sensori di prossimità azione combinata di magnete (campo) e sensore Hall Elevata precisione G Dist. N S N Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 128

129 Effetto Hall Magnetici Sensori di prossimità azione combinata di magnete (campo) e sensore Hall Contagiri G G Dist. Dist. N S N N S S N Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 129

130 induttivi Magnetici Sensori di prossimità interazione di un oggetto metallico con un campo magnetico alternato la presenza dell oggetto metallico altera la frequenza dell oscillazione un filtro passa-basso opportunamente tarato trasforma la variazione di frequenza in una variazione di ampiezza oscill. solenoide Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 130

131 Ultrasuoni Sensori di prossimità ritardo di riflessione di un treno di impulsi acustici ad alta frquenza rileva oggetti di qualunque materiale, purchè rifletta il suono CPU Trasmettitore Ricevitore Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 131

132 Sensori di prossimità Optoelettronici interferenza dell oggetto con un campo luminoso rileva oggetti di qualunque materiale, purchè rifletta/interrompa il fascio luminoso ad interferenza Tx Rx Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 132

133 Sensori di prossimità Optoelettronici interferenza dell oggetto con un campo luminoso rileva oggetti di qualunque materiale, purchè rifletta/interrompa il fascio luminoso ad interferenza Tx Rx Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 133

134 Sensori di prossimità Optoelettronici interferenza dell oggetto con un campo luminoso rileva oggetti di qualunque materiale, purchè rifletta/interrompa il fascio luminoso a riflessione Tx Rx Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 134

135 Sensori di prossimità Optoelettronici interferenza dell oggetto con un campo luminoso rileva oggetti di qualunque materiale, purchè rifletta/interrompa il fascio luminoso a riflessione Tx Rx Prof. Alberto Tonielli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione 135

136 Laurea Specialistica in Ingegneria dei Sistemi e delle Tecnologie dell'informazione Sistemi e Tecnologie per l'automazione Sensori FINE Prof. Alberto Tonielli DEIS - Università di Bologna Tel atonielli@deis.unibo.it